问题 问答题

如图所示,在足够长的光滑水平轨道上静止三个小木块ABC,质量分别为mA=1kg,mB=1kg,mC=2kg,其中BC用一个轻弹簧固定连接,开始时整个装置处于静止状态;AB之间有少许塑胶炸药,A的左边有一个弹性挡板(小木块和弹性挡板碰撞过程没有能量损失).现在引爆塑胶炸药,若炸药爆炸产生的能量有E=9J转化为AB沿轨道方向的动能,AB分开后,A恰好在BC之间的弹簧第一次恢复到原长时追上B,并且与B发生碰撞后粘在一起.求:

(1)在A追上B之前弹簧弹性势能的最大值;

(2)AB相碰以后弹簧弹性势能的最大值.

答案

(1)3J;(2)0.5J

(1)塑胶炸药爆炸瞬间取AB为研究对象,假设爆炸后瞬间AB的速度大小分别为vAvB,取向右为正方向

由动量守恒:-mAvA+mBvB=0

爆炸产生的热量由9J转化为AB的动能

代入数据解得vA =vB =3m/s

由于A在炸药爆炸后再次追上B的时候弹簧恰好第一次恢复到原长,则在A追上B之前弹簧已经有一次被压缩到最短(即弹性势能最大),爆炸后取BC和弹簧为研究系统,当弹簧第一次被压缩到最短时BC达到共速vBC,此时弹簧的弹性势能最大,设为Ep1

由动量守恒,得mBvB=(mB+mCvBC

由机械能守恒,得

代入数据得EP1=3J

(2)设BC之间的弹簧第一次恢复到原长时BC的速度大小分别为vB1vC1,则由动量守恒和能量守恒:

mBvB=mBvB1+mCvC1

代入数据解得:vB1=-1m/s,vC1=2m/s

vB1 =3m/s,vC1=0m/s不合题意,舍去.)

A爆炸后先向左匀速运动,与弹性挡板碰撞以后速度大小不变,反向弹回.当A追上B,发生碰撞瞬间达到共速vAB

由动量守恒,得mAvA+mBvB1=(mA+mBvAB

解得vAB =1m/s

ABC三者达到共同速度vABC时,弹簧的弹性势能最大为EP2

由动量守恒,得(mA+mBvAB+mCvC1=(mA+mB+mCvABC

由能量守恒,得

代入数据得EP2 =0.5J

单项选择题
单项选择题